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  舞台灯光控制器设计说明书舞台灯光控制器 摘要 嵌入式系统足 今城热门的概念之一,它诞屮于微型计箅机,楚嵌入到对象 系统中,实现嵌入对象智能化的计算机应用系统。木舞 台灯光控制器就足嵌入式 系统在也活中的一个小小应用,它采用的 嵌入式微控制器为 LPC2300 系列 ARM, 并使用了实时操作系统卩 C/OS-丨 总系统分为两部分,主控制器和灯光节点。控制器和节 点之间的通使用丫.1:流的舞台灯光控制协议DMX512。控制器设? 好的人机界而,可完成对各节点灯光色彩的编辑,多种现场效果的存储勾还原, 并设?多个命令,可依据现场气氛的不同制作缤纷的特技 效果3 节点使用NXP 推出的LED 驱动芯片PCA9635来驱动4个RGB LED 模拟舞台灯光。 关键词:舞台灯光控制;DMX512 协议;嵌入式系统;-/OS-II 目录 舞台灯光控制技术的发展以及DMX512的产生 嵌入式系统概述错误!未定义书签。 硬件电路设计 TrNYARMT23 工控板介绍 错误!未定义书签。 ISP 跳线及核心板复位电路 RS232通信电路 LCD驱动电路设计 LED驱动电路设计 RS485通信电路 10 从机地址选择电路 13 2.10 状态指示灯及按键电路 13 控制器软件设计 14 整体软件分析与设计 14 键盘扫描程序分析设计 14 人机界面任务 错误!未定义书签。 DMX512 数据发送任务设计 错误!未定义书签。 数据更新任务 22 节点软件设计 23 DMX512 数据包解析程序 23 PCA9635 控制 24 设计总结 28 参考文献 错误!未定义书签。 附录A 电路原理图 32 A.1 原理图A 错误!未定义书签。 A.2 原理图B 错误!未定义书签。 绪论本设计丨?:要研究的足现代嵌入式技术在舞台灯光控制管理系统 中的应用。A 台灯光控制管理系统人都足基于DMX512通信协议的数 字控制管理系统,那么究竟什么 足‘DMX5 舞台灯光控制技术的发展以及DMX512的产生 随着电视事业的+断发展壮大和舞台演出市场的日益活跃,以 及人们欣赏水 平的逐步的提升,舞台设计慢慢的受到专业人?的*视。 而舞台灯光作为舞台设计 的一部分在很大程度上影响沿整个观场的 效果,这使得现代舞台灯光系统设计变 得越?越复杂,舞台灯光控制 技术也应运而张。 问顾舞台灯光控制技术的发展历史,大体能分为三个阶段: 原始控制技术 阶段;模拟控制技术阶段;数字化控制技术阶段。 ?初的原始控制技术时期,舞台灯光的控制相;麻烦。演出过程 中,在舞台 四周布满大大小小的各式各样的用手动控制开关,每一盏 灯?要一个开关,并且 还要铺设大量的灯线,其工作量足可想而知的。 受控的灯具也只有亮灭两种状态, 根本不可能调光,提供的纯粹娃肀 纯的照明。这样的光灯控制管理系统足很难顾及到 舞台的艺术效果的。 tl动化技术,电子技术与半导体技术的应用,把可控砝技术 应用到?光 器中,产生了硅箱,这标志*模拟调光时期的到?。这种技术 是通过模拟调光台 其实就是一个个电位器)输出的 K10V 的模拟信号, 控制可控硅的导通角? 完成灯?调光功能的,它能做到每?个灯 典?+?亮度输出,(K 这种技术?要个推杆对应一个调光 路,同时也耱要连接?一条信号线。能想象一下,如果 ?台演出需要控制100 光问路,就要?一台具有100 个电位器推了?的调光台, 同时还需要连 100条信号控制线,这样的调光系统的组建和控制都足相$麻烦 模拟调光方式只能适应于一些小型的演出活动。随?时间的推移,电视事业不断壮人,舞台演出市场 益活跃,这对舞台灯 光控制管理系统提出也更高的要求。到丫 20 世纪80 年代数 生//新一代的灯光控制技术,即DMX512 字信y?控制技术。DMX512数字信 号协议于丨986 年,首先由美W 院研究机构(USITT提出,后?经过进一步 的改进,于】990 年正式公 布。它利用电脑系统来完成整个灯光的控制,通过-? 条信号线就可同 时输出多路串行数字信号,能随意设置推杆与灯具之间的对应 系。这种技术人人简化了灯光的控制方式,为大规模舞台灯光控制提供/可能。 从此,这种数字控制技术获得了广泛应用。 硬件电路设计为简化设计、V/约成木,对控制器电路和W 点电路进行丫综合, 使得控制器 和节点采用的足同样的电路,以下对电路中的各模块进 行分析介绍。 2.1 电源部分电路 木设计典滞要三组电源输入:5V 的系统电源、3.3V 的模拟电源、 3.3V 字电源。系统板输入电[1;:为9V 直流,所需系统电旭为5V, II 样的人功率器件,若选用教通的线性稳压器件,则电源效率最高仅为 55.6%,K 发热量可想而 知。故5V 系统电Hi 不能采用线性稳H;:器件。 LM2575 足一种高效率的开关稳历 器件’资料显示当其输入电压为 12V,输出电流为1A 时,其效率可高达77%, 怛开关电源也有开关电源 的缺点,其输出纹波较线性稳扭器件人。弥补这一缺点 般好的方法足 再在后而加一级线性稳H 核心板 TinyARM T23 的供电由低 差模拟稳版器件SPX1117M3-3.3 供给, 然效率不高1! TinyARM T23 的功率小,实际运 行过程中SPX1117 基木保持室 ISP 跳线及核心板复位电路 为使调试过程更加顺利,在底板上添加了 ISP 跳线选择与核心 板?位电路, 如阌2.1 所示。 V003-3 ISP V003.3核心板复位 图2.1 ISP 选择电路与核心板炅位电路 解除芯片的锁死状态。 图中的 U2 为ESD 保护芯片,nj?屏蔽人体静电对核心芯片带? 的危害。 由于 LPC2300 系列芯片 D?掉电复位功能,故可省略常用笈位 电路中f R4 并联的放电二极管。 RS232 通信电路 木设计中的 RS232 电路主要?两个用途,一是用于 ISP 下载, 二足用于与 上位计算机通信,将调光信息反馈给上位机。 RS232 通电路如图2.2 所示。 阁2.2RS232 通信电路 JTAG 接口电路 JTAG 为一种硬件仿真调试,需要配合 ADS1.2?成开发环境、 EasyJTAG-H 仿真器、H-JTAG、H-FLASHER?起使用3 :X:?接口电路如 图2.3 所示。 阁2.3JTAG 接口屯路 LCD 驱动电路设计 木设计选用液品的彻y 为TG12864E-02B,它采用的内部驱器为 ST7920。 ST7920 的特点在f?它括64X 位元字元显示RAMDDR AM 域多可显示16 字元X4 行)及64X256 位元绘图显示RAM GDRAM,可实 现图形、文字的 混合显示。 液晶驱动电路如错误!未找到引用源。所示。图中三极矜8050 用于控制液 晶的背光。 LED 驱动电路设计 2.6. LED驱动器 PCA9635 PCA9635 NXP公司生产的一款丨 2C 总线 LED 驱动器,共?16 路输出, 输出电流可达到 5mA,吸入电流可达到 25mA,直接驱动 LED。适应于作为 RGB LED 或RGBA LED 的调色驱动。萁特性如下: 16 路LED 输出,每_路输出均nf 配?为:开,关,独立亮度控制, 独立亮度+整体闪烁/明暗控制; 输出可编程为推挽或开?结构; 1MHz 快速I2C 总线,且SDA 输出电流nj 高达30niA; 256 级独立亮度控制(97KHzPWM; 256 级集体亮度控制(〗90HzPWM; 256 级集体闪烁控制,闪烁频率可在24Hz 到10.73S 之间调节; 个地址引脚使得在同一个I2C总线 MHz 晶振,无需外部元件; 可通过丨2C 总线 软复位: 上电复位; SDA/SCL 输入噪声过滤; 工作电压范围:2.3V 到5.5V; 为使蓝色LED 点亮,三极管8550 的射极电压Uc 应在2.9V 上,假设Uc为2.9V,则流过R88 的电流: 2-1 /?88 若取Ie mA,则R88 需小于100 Q。从8550 的资料中可 以查得其工作在 放人区时放大倍数 13 约为 100,则可得出三极膂越 极电流 0.04niA 2-2 则R56的取值 R56 29~01^ 5.5x104 2-30.04x10 经实践验证,R88取100Q,R56取47KQ时,蓝灯可得到较好的效果。 同样的过程,可得到红、绿灯的基极1 发射极电阻的取值。 RS485 通信电路 DMX512 协议中规定:H:通信接口采EIA-485 标准。 RS-232、RS-422、RS485协议简介 RS-232、RS-422 RS-485都是串行数据接口标准,最初?足 由电子工业协 会(EIA 制订并发布的,RS-232 在1962 年发布,命名为 EIA-232-E,作为丨 业标准,以保证不同厂家产品之间的兼容 RS-232发展而来,它足为 弥补 RS-232 之不足而提出的。 为改进 RS-232 f;[距离短、速率低的缺点,RS-422定义丫一种平 衡通倍接口,将传输速率提高到丨OMb/s,传输距离延长到4000 (速率低于lOOkb/s时),并允许在一条平衡总线楚一种中.机发送、多机接收的中.向、平衡传输规范, 被命名为 TIA/E 丨A-422-A 标准。为扩展应用范FR, EIA ?于丨983 年在RS-422 越础上制定 /RS-485 标准,增加了多点、双丨通信能力, 即允许多个发送器连接到同一条 总线上,同时增加/发送器的驱动能 力和冲突保护特性,扩展/总线共模范吼 后命名为 A/EIA-485-A标准。由于EIA 提出的建议标准都足以“RS”作为前 缀,所以在通讯: 丨:业领域,仍然惯将上述标准以RS 作前缀称谓。 RS-232、RS-422 RS-485标准 对接口的电%特性做出规纪,而不涉及接 插件、电缆或协议,在此褪础上用户都能够逑立 通信协议IIA~485 RS-485电路分析 RS-485 接口电路如阁2.8 所示o 图2.8RS485 接口电路 图2.8 中U9 为ESD 保护二极管,能有效保护SP485R 芯片,R101 为通信 阻抗匹配电阻,减少由于阻抗不卩卩配而引起的反射、噪声, 能打效提高RS-485 通信的可靠性。 图2.8 中SIN 为SP485R 通?接口方向控制线 SIN 为输出,为低电平时,SP485R配置为输入^为解决上 电时RS-485 总线冲突 问题,需添加上电抑制电路,如图2.9 所示。上 电时SIN 输出低电平,SP485R 为输入。由EWB仿线 上电抑制电路 保护控制芯片,在SP485R 核心板之间加入丫隔离电路,如错误!未找到引用 源。所示。 丁DGKD vib voe GNOI GN02 AOUM1201 图中使用到的ADUM1201 为ADI 公uj 推出的一款磁隔离芯片, 它采用的 iccmp 丨er 技术足基于芯片尺、j 的变压器。ADUM1201 隔离的两端W各tl 的电源 和参考地,电源电H 为2.7?5.5V。相对于 普通的光隔离,ADUM120 丨具?如下 特点: